一种动态摇摆式肠道体外替代实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种动态摇摆式肠道体外替代实验装置。

背景技术：

由于食品营养学、功能性活性物质代谢研究、药物释放动力研究，益生菌及益生元，食品毒理学研究，动物营养及饲料研究等自然科学研究中愈来愈多科学研究都需要进行消化吸收的实验来用于预测或评估化合物的可消化性、生物利用率、释放动力学特性及结构变化等研究，在以往的科学研究的消化吸收实验中，往往采用人或动物的活体进行实验，或者使用简单的模拟肠道装置做替代实验，由于活体实验有极大的个体差异性，而且实验过程中活体的肠道环境也不能完全保证环境正常，而简单的模拟肠道装置可以完全模拟人类或动物大肠的形状和内部环境条件，但不能模拟人类或动物大肠的动态动作，因此实验完成取出的供科学研究用的实验样品就不能正确反映肠道的消化吸收状况，不能保证实验的重复性和准确性，在一定程度上影响了科学研究的结论，达不到当前科学研究的要求，从而制约了相关科学研究的发展。因此研发一个动态摇摆式肠道体外替代实验装置，用来在体外模拟活体肠道进行动态的肠道体外替代实验已成为当前的迫切需要。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种动态摇摆式肠道体外替代实验装置，采用智能化设定摆动的频率和幅度摇摆模拟活体肠道蠕动的方法，在模拟的人类或动物大肠形状和内部环境条件下进行各种动态的肠道体外替代实验。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种动态摇摆式肠道体外替代实验装置，包括一个带有弹性脚垫的支撑台架，其最底部的刚性台板上表面安放着氮气压力瓶、碱液瓶、酸液瓶、营养液瓶以及收集瓶，在刚性台板上表面还安放着主控计算机，计算机硬件系统和专用软件程序系统通过执行系统的控制导线接收到的肠道总成的实验样本的各项参数，进行数据整理、参量分析和存储记录并控制实验进行，在支撑台架的后壁板上边安装的约束护轴配合支撑转轴将摇摆机构支撑住并在下边安装的摇摆电机驱动下左右摇摆进而带动摇摆机构上安装的控温水套和控温水套内的肠道总成左右摇摆完成模拟肠道蠕动的功能，主控计算机提前设定好摆动的频率和幅度来行各种动态的肠道体外替代实验，摇摆机构的活动壁板上固定安装着带有水浴泵和电控加温器的控温水套，控温水套内部包裹着肠道总成，控温水套对肠道总成随时加温控温，以保证肠道总成的肠道内腔里的实验模拟温度始终为摄氏度或者另有要求的其他稳定温度来满足肠道体外替代实验的要求，肠道总成在底端有收集出口，通过收集液管和收集阀门连接入收集瓶内，肠道总成最上端的肠腔上口配装一个大密封盖以密封隔离好内外环境，大密封盖有带调压气阀的放气口，在充入氮气后排出氧气在肠道总成内形成无氧环境，大密封盖的加样口向肠道总成的肠道内腔里注入各种试剂以及流质或液体样品进行实验，也可以随时抽取流质或液体样品进行化验分析，肠道总成模拟人类或动物大肠有若干类环状袋和类环状襞组成穹状肠壁，内部是肠道内腔以容纳各种试剂和实验样品进行模拟肠道内的体外替代实验，在穹状肠壁上边的类环状袋两侧依次排布着水套温感器、温度传感器、酸碱传感器、压力传感器和氧传感器通过控制导线连接到主控计算机传送控温水套和肠道总成内的实验数据信息，同时主控计算机通过控制导线控制氮气进口、碱液进口、酸液进口、营养液进口和带有进口盖堵的备用进口的各自的气类计量泵、液类计量泵、收集阀门以及水浴泵、电控加温器和摇摆电机维持实验时肠道总成的肠道内腔里无氧环境、酸碱度和营养液需求来满足肠道体外替代实验的各项要求。

本实用新型的有益效果是：在体外模拟活体肠道形状和内部环境条件，进行动态的肠道体外替代实验，满足标准化的科研和应用。

附图说明

附图1为本实用新型结构的示意图。

图中：

1.碱液瓶2.酸液瓶3.营养液瓶4.收集出口5.输液弯管6.水浴连管7.水浴泵

8.水套下壁9.水浴连管接口10.液类计量泵11.碱液进口12.水浴内舱13.酸液进口

14.单向阀门a15.营养液进口16.穹状肠壁17.肠道总成18.进口盖堵19.备用进口

20.控温水套21.约束滑槽22.摇摆机构23.活动壁板24.上盖胶圈25.肠腔上口

26.调压气阀27.放气口28.约束护轴29.加样口30.小密封盖31.大密封盖

32.水套上壁33.氧传感器34.水套温感器35.后壁板36.类环状袋37.固定支脚

38.压力传感器39.水套侧壁40.酸碱传感器41.控制导线42.类环状壁43.温度传感器

44.肠道内腔45.氮气进口46.单向阀门b47.气类计量泵48.水套接口49.肠腔下口

50.输气弯管51.电控加温器52.收集阀门53.被动齿轮54.支撑转轴55.半圆动板

56.氮气压力瓶57.弹性脚垫58.刚性台板59.支撑台架60.主控计算机61.电机支架

62.摇摆电机63.驱动齿轮64.收集液管65.收集瓶。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型加以说明。

如附图所示，本实用新型提供一种动态摇摆式肠道体外替代实验装置，包括一个带有弹性脚垫57的支撑台架59，支撑台架59是由坚固耐腐蚀刚性材料做成的可支撑多个功能部件的台式支架，支撑台架59最底部是一个平面形的带有弹性脚垫57的刚性台板58，刚性台板58上表面安放着氮气压力瓶56、碱液瓶1、酸液瓶2、营养液瓶3以及收集瓶65，在刚性台板58上表面还安放着主控计算机60，在刚性台板58后部垂直安装一个固定不动的后壁板35，在后壁板35上边安装的约束护轴28配合支撑转轴54将摇摆机构22支撑住并在下边安装的摇摆电机62驱动下左右摇摆进而带动摇摆机构22上安装的控温水套20和控温水套20内的肠道总成17左右摇摆完成模拟肠道蠕动的功能，主控计算机60提前设定好摆动的频率和幅度来行各种动态的肠道体外替代实验，肠道总成17是由坚固耐酸碱腐蚀的材料做成模拟人类或动物大肠形状的不规则薄壁容器，被控温水套20包裹控温，肠道总成17最底端的漏斗形肠腔下口49底端有一个收集出口4通过收集液管64和收集阀门52连接入安装在支撑台架59的刚性台板58上的收集瓶65内，肠道总成17最上端是一个带有外螺纹扣的肠腔上口25，配装一个带有内螺纹扣的大密封盖31以密封隔离好内外环境，大密封盖31是由耐酸碱腐蚀的材料做成的圆形口盖，在口盖内壁上带有一圈上盖胶圈24和跟肠道总成17的肠腔上口25外螺纹相配合的内螺纹扣，拧紧后密封隔离好肠道总成17的肠道内腔44的内外环境，大密封盖31上表面开有两个内径不一的带有密封胶圈的圆孔，内径小的圆孔上安装有带调压气阀26的放气口27，在肠道总成17被充入氮气后在调压气阀26的控制下排出氧气以便于在肠道总成17的肠道内腔44里形成无氧环境，内径大的圆孔内安装着带有小密封盖30的加样口29，随时向肠道总成17的肠道内腔44里注入实验需要的各种试剂以及流质或液体样品进行实验，也可以随时从肠道总成17的肠道内腔44里抽取流质或液体样品进行化验分析，大密封盖31上边的放气口27和小密封盖30的加样口29都能够上下调节位置以便于在实验时候适应不同样品容量和性质要求；肠腔下口49和肠腔上口25之间无缝连接着有若干圆圈状连续凸起的类环状袋36和连接处的类环状襞42的穹状肠壁16形成密闭的肠道内腔44，容纳各种试剂和实验样品进行模拟肠道内的体外替代实验，在穹状肠壁16上边的类环状袋36两侧依次排布着氮气进口45、碱液进口11、酸液进口13、营养液进口15和带有进口盖堵18的备用进口19以及水套温感器34、温度传感器43、酸碱传感器40、压力传感器38和氧传感器33，氮气进口45在单向阀门b46和气类计量泵47控制下通过输气弯管50从安装在支撑台架59的刚性台板58上的氮气压力瓶56充入氮气并迫使安装在大密封盖31上的放气口27在调压气阀26的控制下排出氧气以便于在肠道内腔44里形成无氧环境，碱液进口11、酸液进口13、营养液进口15分别在各自的单向阀门a14和液类计量泵10的控制下通过各自的输液弯管5从安装在支撑台架59的刚性台板58上的碱液瓶1、酸液瓶2和营养液瓶3内抽吸充入到肠道总成17的肠道内腔44里以调节好酸碱度和营养液需求来满足肠道体外替代实验的各项要求，液类计量泵10、气类计量泵47以及水套温感器34、温度传感器43、酸碱传感器40、压力传感器38、氧传感器33和收集阀门52都通过控制导线41连接到主控计算机60内接受控制，控温水套20是由坚固透明耐热材料制作而成的圆管形密闭容器，控温水套20最上边是一个圆形片状的中心开有圆口的水套上壁32，水套上壁32的中心圆口和肠道总成17的肠腔上口25无缝连接，水套上壁32的外圆和一个圆管形水套侧壁39上端无缝连接，水套侧壁39下端一圈和圆片状的水套下壁8无缝连接，肠道总成17最底端的外部与控温水套20的水套下壁8密封连接固定，在控温水套20的水套侧壁39和肠道总成17之间形成一个内部密闭的水浴内舱12，控温水套20内部包裹着肠道总成17，控温水套20对肠道总成17随时加温控温，控制肠道总成17的肠道内腔44里的温度；水套侧壁39上下两端的两边各有若干个固定支脚37将整个控温水套20和其内的肠道总成17固定在摇摆机构22的活动壁板23上，水套侧壁39上固定安装了通过控制导线41与主控计算机60相连的水套温感器34，监测水浴内舱12内的控温热水的温度，水套下壁8两边各开有一个垂直向下开口的水套接口48，通过水浴连管接口9经水浴连管6接通到固定在摇摆机构22的活动壁板23下方的水浴泵7和电控加温器51上，将电控加温器51产生的控温热水送入控温水套20的水浴内舱12里对肠道总成17随时加温控温以保证肠道总成17的肠道内腔44里的实验模拟温度始终为37摄氏度或者另有要求的其他稳定温度来满足肠道体外替代实验的要求；摇摆机构22是由刚性绝缘材料做成的可摇摆和支撑控温水套20与肠道总成17的机械部件，摇摆机构22的主要元件是一个近似椭圆形状的薄板做成的活动壁板23，活动壁板23上端边缘开有一个半圆形的狭长开口的约束滑槽21，一个垂直安装在支撑台架59的后壁板35上端的细轴状的约束护轴28穿过约束滑槽21对活动壁板23起到前后约束左右任意在支撑台架59上滑动摇摆的作用，活动壁板23的下端引伸出一个小半圆形的半圆动板55，半圆动板55的圆心上安装着可以随意旋转的支撑转轴54，支撑转轴54穿过摇摆机构22的半圆动板55的圆心将活动壁板23支撑在支撑台架59的后壁板35上在约束护轴28的约束范围内随意摆动，在后壁板35下部中间位置由电机支架61固定安装着通过控制导线41连接到主控计算机60的带有驱动齿轮63的摇摆电机62，半圆动板55外圆上均匀排布着被动齿轮53与下边的摇摆电机62带有的驱动齿轮63啮合，活动壁板23的中间位置上通过若干个固定支脚37将带有水浴泵7和电控加温器51的控温水套20和其内的肠道总成17固定牢固，当摇摆电机62在主控计算机60控制下正反旋转时带动驱动齿轮63驱动半圆动板55正反向旋转，而椭圆形的活动壁板23在支撑转轴54和约束护轴28的约束下由半圆动板55驱动左右摇摆进而带动整个控温水套20和其内的肠道总成17左右摇摆完成模拟肠道蠕动的功能，主控计算机60可以提前设定好摆动的频率和幅度来进行各种动态的肠道体外替代实验；主控计算机60是由科研专用的计算机硬件系统和肠道体外替代实验相关专业的专用软件程序系统以及连接到肠道总成17、摇摆机构22和支撑台架59上的各个应用电器元件的执行系统三大部分组成，计算机硬件系统和专用软件程序系统合并在主控计算机60内，主控计算机60安装在支撑台架59的刚性台板58上，通过执行系统的控制导线41依次连接到水套温感器34、温度传感器43、酸碱传感器40、压力传感器38和氧传感器33接收到的控温水套20的温度和肠道总成17的肠道内腔44里实验样本的各项参数进行数据整理、参量分析、存储记录并及时反馈回主控计算机60再通过控制导线41来依次控制驱动安装在肠道总成17的穹状肠壁16上的氮气进口45、碱液进口11、酸液进口13、营养液进口15和备用进口19各自的气类计量泵47、液类计量泵10、收集阀门52以及安装在摇摆机构22的活动壁板23上和支撑台架59的后壁板35上的水浴泵7、电控加温器51和摇摆电机62工作，来实现整个动态的肠道体外替代实验。

实施例：

使用时，首先准备好实验用的替代实验的试验样品，把收集瓶65的液体排空，把碱液瓶1、酸液瓶2和营养液瓶3里的碱液、酸液和营养液都充满，检查氮气压力瓶56里的氮气是否充足，然后给主控计算机60通电，在专用软件程序系统里设定好摇摆电机62的摆动的频率和幅度，打开单向阀门b46和调压气阀26，氮气进口45在单向阀门b46和气类计量泵47控制下通过输气弯管50从安装在支撑台架59的刚性台板58上的氮气压力瓶56给肠道内腔44充入氮气并迫使安装在大密封盖31上的放气口27在调压气阀26的控制下排出氧气以便于在肠道内腔44里形成无氧环境，打开碱液进口11、酸液进口13、营养液进口15相连的各个单向阀门a14，碱液进口11、酸液进口13、营养液进口15分别在各自的单向阀门a14和液类计量泵10的控制下通过各自的输液弯管5从安装在支撑台架59的刚性台板58上的碱液瓶1、酸液瓶2和营养液瓶3内抽吸碱液、酸液和营养液充入到肠道总成17的肠道内腔44里以调节好酸碱度和营养液需求来满足肠道体外替代实验的各项要求，打开大密封盖31上表面的小密封盖30从加样口29里向肠道总成17的肠道内腔44里注入已经准好的实验需要的试验样品，然后关紧小密封盖30；主控计算机60的专用软件程序系统控制实验开始，当摇摆电机62在主控计算机60控制下按照设定好的摆动的频率和幅度正反旋转时同时带动驱动齿轮63驱动半圆动板55正反向旋转，而椭圆形的活动壁板23在支撑转轴54和约束护轴28的约束下由半圆动板55驱动左右摇摆进而带动整个控温水套20和其内的肠道总成17左右摇摆完成模拟肠道蠕动的功能，实验过程中水套温感器34、温度传感器43、酸碱传感器40、压力传感器38和氧传感器33接收到的控温水套20的温度和肠道总成17的肠道内腔44里实验样本的各项参数随时反馈回主控计算机60，主控计算机60再通过控制导线41来依次控制驱动安装在肠道总成17的穹状肠壁16上的氮气进口45、碱液进口11、酸液进口13、营养液进口15和备用进口19各自的气类计量泵47、液类计量泵10、收集阀门52以及安装在摇摆机构22的活动壁板23上和支撑台架59的后壁板35上的水浴泵7、电控加温器51和摇摆电机62工作，当水套温感器34检测到控温水套20的控温热水温度不够时，主控计算机60启动水浴泵7工作，控温热水就从水套下壁8的水套接口48经水浴连管6通过水浴泵7和电控加温器51上，将电控加温器51产生的控温热水送入控温水套20的水浴内舱12里对肠道总成17随时加温控温以保证肠道总成17的肠道内腔44里的实验模拟温度始终为37摄氏度或者另有要求的其他稳定温度来满足肠道体外替代实验的要求；当主控计算机60通过温度传感器43、酸碱传感器40、压力传感器38和氧传感器33接收到的肠道总成17的肠道内腔44里实验样本的各项参数达不到实验要求时，启动气类计量泵47和液类计量泵10工作，补充碱液、酸液、营养液和氮气，调节好酸碱度和营养液需求在无氧环境下来满足肠道体外替代实验的各项要求；实验过程中随时可以打开大密封盖31上表面的小密封盖30，通过加样口29里从肠道总成17的肠道内腔44里抽取流质或液体样品进行化验分析，然后关紧小密封盖30；主控计算机60随时控制摇摆电机62以一定摆动频率和幅度工作；实验完成，打开收集阀门52，将反应后的样品收集到收集瓶64里，然后控制气类计量泵47、液类计量泵10、收集阀门52、水浴泵7、电控加温器51和摇摆电机62停止工作，退出主控计算机的专用软件程序系统，关闭主控计算机60的电源，将抽吸出替代实验的样本进行进一步的化验和观测分析，用于预测或评估化合物的可消化性、生物利用率、释放动力学特性及结构变化等研究。